АНАЛИТИЧЕСКОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АВИАЦИОННОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ОПТИМАЛЬНЫХ НАБЛЮДАТЕЛЕЙ

  • А. А. Иноземцев АО «ОДК-Авиадвигатель»
  • А.С. Плешивых АО «ОДК-Авиадвигатель»
  • И. Н. Грибков АО «ОДК-Авиадвигатель»
  • А.Н. Саженков АО «ОДК-Авиадвигатель»
  • Н.Г. Ламанова АО «ОДК-Авиадвигатель»
Ключевые слова: Авиационный двигатель, резервирование, математическая модель, отказоустойчивость, оптимальный наблюдатель, фильтр Калмана, фильтр Язвинского, переходный режим, метод наименьших квадратов

Аннотация

Предлагается аналитическое резервирование в системе автоматического управления
турбореактивного двухконтурного двигателя (САУ ТРДД) на основе оптимальных наблю-
дателей. Настоящая статья основана на ранее полученных результатах в предшествую-
щих авторских работах и является обобщением, и анализом этих результатов с целью
разработки методики повышения отказоустойчивости САУ ТРДД. Этот метод основан
на использовании оптимальных наблюдателей: фильтра Калмана и фильтра Язвинского,
согласованных с математической моделью САУ ТРДД. Анализ математической модели
САУ проводился по методу наименьших квадратов в движущемся окне. Точность иденти-
фикации математической модели и требуемое время запаздывания обеспечиваются опти-
мизацией ширины движущегося окна. Оцениваемые при помощи оптимальных наблюдате-
лей вектор выхода САУ ТРДД включает следующие параметры: частота вращения рото-
ра компрессора низкого давления nв, частота вращения ротора компрессора высокого дав-
ления nk, давление воздуха за компрессором высокого давления PK, температура газа за
турбиной низкого давления TT. При моделировании фильтра Калмана предварительно про-
водился корреляционный анализ входных сигналов. Приводится обоснование преимущества
адаптивного фильтра Язвинского по сравнению с фильтром Калмана. Представлены ре-
зультаты математического моделирования алгоритмического метода резервирования
канала измерения САУ ТРДД по данным летных испытаний двухконтурного двигателя
типа ПС-90А в составе магистрального узкофюзеляжного самолета ТУ-214 как на ста-
ционарном, так и переходном режимах. Проведен статистический анализ ошибок оцени-
вания вектора выхода САУ ТРДД на основе фильтра Калмана и Язвинского. Показано, что
предлагаемый алгоритм аналитического резервирования обеспечивает выполнение требо-
ваний по точности и устойчивости оценок вектора выхода САУ ТРДД при использовании
фильтра Язвинского и может быть рекомендован для использования в перспективных САУ
ТРДД. По результатам анализа предлагаемого метода резервирования сформировано на-
правление дальнейших исследований.

Литература

1. Inozemtsev A.A., Konyaev E.A., Medvedev V.V., Nerad'ko A.V., Ryasov A.E. Aviatsionnyy
dvigatel' PS-90A [Aviation engine PS-90A], ed. by A.A. Inozemtseva. Moscow: Libra-K,
2007, 320 p.
2. Brammer K., Ziffling G. Fil'tr Kalmana-B'yusi. Determinirovannoe nablyudenie i
stokhasticheskaya fil'tratsiya [Kalman-Bucy filter. Deterministic observation and stochastic
filtering]. Moscow: Nauka, 1982, 199 p.
3. Izerman R. Tsifrovye sistemy upravleniya [Digital control systems]. Moscow: Mir, 1984, 541 p.
4. Inozemtsev A.A., Lamanova N.G., Sazhenkov A.N., Lisovin I.G., Gribkov I.N., Pleshivykh A.S.
Sintez optimal'nogo nablyudatelya, soglasovannogo s matematicheskoy model'yu SAU TRDD
[Synthesis of an optimal observer consistent with the mathematical model of the ACS turbojet
engine], Vestnik PNIPU. Aerokosmicheskaya tekhnika [PNRPU Aerospace Engineering
Bulletin], 2019, No. 57, pp. 162-171.
5. Rivkin S.S. Metod optimal'noy fil'tratsii Kalmana i ego primenenie v inertsial'nykh
navigatsionnykh sistemakh. Ch. 2. Ispol'zovanie fil'trov kalmana v inertsial'nykh
navigatsionnykh sistemakh [The method of optimal Kalman filtering and its application in inertial
navigation systems. Part 2. The use of Kalman filters in inertial navigation systems].
Sudostroenie, 1974, 156 p.
6. Lamanova N.G. Pleshivykh A.S. Gribkov I.N. Fatykov A.I. Identifikatsiya matematicheskoy
modeli sistemy avtomaticheskogo upravleniya gazoturbinnogo dvigatelya [Identification of the
mathematical model of the automatic control system of a gas turbine engine], Vestnik PNIPU.
Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniya [PNRPU Bulletin.
Electrotechnics, Informational Technologies, Control Systems], 2019, No. 31, pp. 121-135.
7. Inozemtsev A.A., Lamanova N.G., Sazhenkov A.N., Gribkov I.N., Pleshivykh A.S. Sintez
optimal'nogo nablyudatelya pri otsutstvii apriornoy informatsii o kharakteristikakh shuma
vozmushcheniya sistemy avtomaticheskogo upravleniya i kontrolya turboreaktivnogo
dvukhkonturnogo dvigatelya [Synthesis of an optimal observer in the absence of a priori information
about the noise characteristics of the disturbance of the automatic control and control
system of a turbojet two-circuit engine], Vestnik PNIPU. Aerokosmicheskaya tekhnika
[PNRPU Aerospace Engineering Bulletin], 2020, No. 63, pp. 70-79.
8. Avgustinovich V.G., Akindinov V.A. Identifikatsiya sistem upravleniya aviatsionnykh
gazoturbinnykh dvigateley [Identification of control systems of aviation gas turbine engines].
Moscow: Mashinostroenie, 1984, 196 p.
9. Ferster E., Rents B. Metody korrelyatsionnogo i regressionnogo analiza Rukovodstvo dlya
ekonomistov [Methods of correlation and regression analysis A guide for economists]: transl.
from germ. and preface V.M. Ivanovoy. Moscow: Finansy i statistika, 1983, 304 p.
10. Linnik Yu.V. Metod naimen'shikh kvadratov i osnovy matematiko-statisticheskoy teorii
obrabotki nablyudeniy [The method of least squares and the foundations of the mathematical
and statistical theory of observation processing]. Moscow: Fizmatgiz, 1958, 334 p.
11. Kalman R. A new approach to linear filtering and prediction problems, Transactions of American
society of mechanical engineers, Journal of basic engendering, 1960, Vol. 82, pp. 35-46.
12. Kalman R., Bucy R. New Results in Linear Filtering and Prediction Theory, Transactions of
the American society of mechanical engineers, Journal of basic engendering, 1961, Vol. 83,
pp. 95-108.
13. Jazwinski A.H. Stochastic Processes and Filtering Theory. New York: academic press, 1970,
376 p.
14. Medich D. Statisticheskie optimal'nye lineynye otsenki i upravlenie [Statistical optimal linear
estimates and control], ed. by A.S. Shatalova. Moscow: Energiya, 1973, 440 p.
15. Lamanova N.G. Adaptivnoe otsenivanie vektora vykhoda SAU GTD [Adaptive estimation of
the ACS GTD output vector], Vestnik PGTU. Ae-rokosmicheskaya tekhnika [Bulletin of
PSTU. Aerospace engineering], 2000, No. 4, pp. 37-42.
16. Inozemtsev A.A., Nikhamkin M.A., Sandratskiy V.L. Osnovy konstruirovaniya aviatsionnykh
dvigateley i energeticheskikh ustanovok. T. 1. Obshchie svedeniya. Osnovnye parametry i
trebovaniya. Konstruktivnye i silovye skhemy: uchebnik [Fundamentals of the design of aircraft
engines and power plants. Vol. 1. General information. Basic parameters and requirements.
Constructive and power circuits: textbook]. Moscow: Mashinostroenie, 2008, 208 p.
17. Koshcheev A.B., Platonov A.A., Khabrov A.V. Aerodinamika samoletov semeystva Tu-
204/214: ucheb. posobie [Aerodynamics of Tu-204/214 family aircraft: textbook]. Moscow:
OAO «Tupolev», Izd-vo «Poligon-Press», 2009, 304 p.
18. Tatarnikov Oleg. Obzor programm dlya simvol'noy matematiki → Al'ternativnye pakety
[Overview of programs for symbolic mathematics → Alternative packages], Komp'yuterPress
[ComputerPress], 2006, No. 7.
19. Pleshivykh A.S. Zaborskikh A.A. Fatykov A.I. Stend dlya ispytaniy elektronnoy chasti sistem
avtomaticheskogo upravleniya gazoturbinnogo dvigatelya [Test bench for electronic part of
automatic control systems of a gas turbine engine], Vestnik PNIPU. Elektrotekhnika,
informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniya [PNRPU Bulletin. Electrotechnics, Informational
Technologies, Control Systems], 2017, No. 22, pp. 90-102.
20. Sizikov V.S. Ustoychivye metody obrabotki rezul'tatov izmereniy: ucheb. posobie [Sustainable
methods of processing measurement results: a textbook]. Saint Petersburg: SpetsLit, 1999, 240 p.
Опубликован
2022-05-26
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ